UND VERFAHREN FÜR DEREN HERSTELLUNG

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Anmeldung DE 10 2019 103 909.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kantenemittierende La- serdiode, insbesondere eine Breitstreifenlaserdiode, und ein Herstellungsverfahren für eine kantenemittierende Laserdiode.

Kantenemittierende Laserdioden mit einem Halbleiterschichtsta- pel, der eine aktive Schicht umfasst, in welcher sich beim Betrieb eine Laserstrahlung erzeugende aktive Zone bildet, sind bekannt. In Wachstumsrichtung des Halbleiterschichtstapels be- trachtet, die im Folgenden als Vertikalrichtung bezeichnet wird, liegen über und unter der aktiven Schicht Wellenleiterschichten von unterschiedlichem Leitungstyp (n- oder p-Dotierung) , deren Brechungsindex kleiner ist als jener der aktiven Schicht. An die von der aktiven Schicht entfernten Außenflächen der Wellen- leiterschichten grenzen typischerweise Mantelschichten mit ei- nem nochmals niedriger gewählten Brechungsindex an. Der opti- schen Resonator, in dem sich die aktive Zone befindet, wird durch eine Spiegelfacette und eine Austrittsfacette der aktiven Schicht gebildet, die an den Seitenflächen in einer senkrecht zur Vertikalrichtung orientierten Longitudinalrichtung vorlie- gen. In einer zur Vertikalrichtung und zur Longitudinalrichtung senkrechten Lateralrichtung wird die Ausbildung der optischen Moden im Wellenleiter durch die bekannten Maßnahmen einer Ge- winnführung oder einer Indexführung bestimmt.

Für Anwendungen, die ein hohe Ausgangsleistung verlangen, sind kantenemittierende Laserdioden in Form von Breitstreifendioden- lasern geeignet. Diese weisen eine großflächige aktive Schicht auf, die typische Resonatorlängen von bis zu 10 mm ermöglicht. Ferner ist eine streifenförmige Apertur an der Austrittfacette mit einer kleinen Ausdehnung in Vertikalrichtung, typischer- weise 1 mm, und einer größeren Lateralausdehnung, typischer- weise 50 mm bis 200 mm, charakteristisch.

Die Abstrahlung von Breitstreifendiodenlasern in Vertikalrich- tung ist meist durch eine Ein-Modenführung und die daraus re- sultierende im Wesentlichen beugungsbegrenzte gute Strahlqua- lität bei hoher Divergenz geprägt (FA: fast-axis) . Aufgrund der wesentlich größeren Lateralerstreckung des optischen Felds in der aktiven Schicht, resultiert eine Querabstrahlung mit klei- nerer Divergenz (SA: slow-axis ) , die aber gegenüber der Verti- kalabstrahlung einen wesentlich höheren M ² -Wert aufweist. Auf- grund der schlechteren Strahlqualität der Querabstrahlung, die durch Moden höherer Ordnung in Lateralrichtung bedingt wird, ist im Fernfeld die Querfokussierbarkeit verschlechtert.

Werden kantenemittierende Laserdioden, insbesondere Breitstrei- fendiodenlaser, mit einer hohen Ausgangsleistung im Dauerbe- trieb (cw) betrieben, muss eine inhomogene Erwärmung des Wel- lenleiters beachtet werden, die für die verwendeten Verbin- dungshalbleiter zu einem temperaturabhängig örtlich variieren- den Brechungsindex führt. Als Folge entsteht eine sogenannte „thermische Linse", d. h. ein thermisch induzierter Wellenlei- ter, dessen optisch effektive Lateralausdehnung bis zum Bereich eines hohen Brechungsindexgradienten reicht. Wenn die thermi- sche Linse stark genug ausgeprägt ist, erfolgt eine Stabilisie- rung von Lateralmoden höherer Ordnung, die die Laserschwelle erreichen und die SA-Divergenz des Fernfelds weiter erhöhen. Für Breitstreifenlaser verschlechtert sich dabei die Strahlqua- lität für die Querabstrahlung.

Aus P. Crump et. al . , "Experimental und theoretical analysis of the dominant lateral waveguiding mechanism in 975 nm high power broad area diode lasers", Semicond. Sei. Technol. 27 (2012) ist bekannt, dass eine thermische Linse den gegenüber einer Gewinn- führung und einer Indexführung dominanten Effekt bei der Aus- bildung der Lateralmoden bei Breitstreifendiodenlasern darstel- len kann.

Zur Beeinflussung der Modenausbildung schlägt

DE 102011075502 A1 vor, eine Antiwellenleiterschicht lateral zur aktiven Zone anzuordnen, dessen Brechzahl so hinreichend groß ist, dass laterale Obermoden resonant eingekoppelt und abgeschwächt werden, ohne die laterale Grundmode im Wellenlei- ter wesentlich zu beeinflussen. Des Weiteren nennt EP 1906498 Al die Ausbildung einer Absorberzone zur Dämpfung höherer Moden, in die ein Oxid oder Nitrid von Si, Ti, Al, Ga, Nb, Zr, Ta, Hf, Zn, Mg, Rh oder In aufgenommen ist.

US 4965806 A beschreibt verschiedene Maßnahmen, um bei Breitstreifenlaserdioden die Ausbildung einer optischen Linse im Hochleistungsbetrieb zu verhindern. Dabei können an dem stromdurchflossenen Bereich anschließende Zusatzheizelemente den Temperaturverlauf vergleichmäßigen. Ferner ist ein oberer Wellenleiter mit einer Schichtdickenvariation in Lateralrich- tung und/oder mit eingebetteten Mehrfachschichten und/oder mit einer Dotierungsvariation offenbart, der für ein vorbestimmtes stationäres Temperaturprofil so angepasst werden kann, dass hö- here Lateralmoden unterdrückt werden.

Ferner können zur Verringerung der Aufheizung des Wellenleiters mikrostrukturierte Wärmeleiter verwendet werden. Beispielsweise schlägt DE 102011055891 B4 vor, auf der Oberseite des Halb- leiterschichtstapels eine wärmeableitende Schicht, die zumin- dest die Elektrodenschicht und eine Wärmesenke aufweist, anzu- legen. Ferner beschreibt J. Piprek et. al . , „Inverse Thermal Lens Effects on the Far-Field Blooming of Broad Area Laser Diodes", IEEE Photonics Techn. Letters, Vol. 25, (May 15, 2013) einen Submount für eine Breitstreifenlaserdiode mit seitlichen Freibereichen, die den Wärmestrom zum Substrat auf den Zentral- bereich beschränken. Die daraus resultierende erhöhte Tempera- tur an der Peripherie des Wellenleiters führt zu einer inversen thermischen Linse.

Eine Maßnahme ohne einen wesentlichen Eingriff in das thermische System der Laserdiode, die trotz einer inhomogenen Temperatur- verteilung starke Brechungsindexgradienten innerhalb des Wel- lenleiters vermeidet, wird durch DE 102015119226 A1 beschrie- ben. Offenbart ist eine oberhalb der aktiven Schicht angeordnete epitaktisch verspannte Schicht, die eine spannungsinduzierte, örtliche Variation des Brechungsindex in Lateralrichtung er- zeugt, welche der thermisch induzierten Änderung des Brechungs- index im Wellenleiter entgegenwirkt. Beschrieben ist eine an- gepasste Kompensationswirkung in Longitudinalrichtung, die durch eine kontinuierliche Strukturierung der Schichtdicke und/oder der Lateralausdehnung der verspannten Schicht in einer zur Vertikalrichtung senkrechten lateralen Ebene in Kombination mit einer Anordnung zentriert über der aktiven Zone bewirkt wird, sodass die in Richtung der Austrittsfacette zunehmende Temperatur beim Laserbetrieb berücksichtigt werden kann. Bevor- zugt ist die verspannte Schicht innerhalb einer Metallisie- rungsschicht angeordnet und weist ein Dielektrikum, wie Sili- ziumnitrid oder Siliziumoxid oder ein Metall, wie Au oder Ti, auf .

Nachteilig an der durch DE 102015119226 A1 vorgeschlagenen epi- taktisch verspannten Schicht ist die Notwendigkeit einer Anpas- sung an einen vorbestimmten Betriebspunkt. Mithin wird ein hoher Kompensationsgrad nur für eine bestimmte inhomogene Temperatur- verteilung erreicht. Entsprechend kann beim modulierten Hoch- leistungsbetrieb der Laserdiode der Effekt einer thermischen Linse oder eine Überkompensation der Brechungsindexvariation, die wie eine leistungsabhängige Indexführung wirkt, nicht ver- hindert werden. Ferner ist bekannt, die Eigenspannung in einer epitaktisch ge- wachsenen Passivierungsschicht einzustellen, um die mechanische Spannung in der aktiven Zone mit dem Ziel zu kontrollieren, beim Laserbetrieb eine Beschädigung der Austrittsfacette (COD) zu verhindern. Beispielsweise beschreibt US 20030179795 A1 eine Spannungsausgleichsschicht aus SiN auf einer Passivierungs- schicht aus Siliziumoxid. US 20080205466 A1 offenbart eine kom- pressiv vorgespannte Passivierung aus SiO ₂ auf den Lateralflä- chen der Mesastruktur eines Ridgelasers, um die durch die Elekt- rodenschicht eingebrachte Spannung zu kompensieren.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine, insbesondere im Hin- blick auf die Ausbildung einer thermischen Linse, verbesserte kantenemittierende Laserdiode bereitzustellen.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der kantenemittierende La- serdiode gemäß Anspruch 1 und das Herstellungsverfahren nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausgangspunkt der Erfindung ist eine kantenemittierende Laser- diode mit einem Halbleiterschichtstapel, der eine aktive Schicht umfasst, in der sich im Laserbetrieb eine aktive Zone zur Er- zeugung kohärenter elektromagnetischer Strahlung bildet. Die typischerweise epitaktische Herstellung des Halbleiter- schichtstapels legt eine Wachstumsrichtung fest, die nachfol- gend als Vertikalrichtung bezeichnet wird. Mit Bezug auf diese Vertikalrichtung sind oberhalb und unterhalb der aktiven Schicht Wellenleiterschichten angeordnet, die einen höheren Brechungs- index als die aktive Schicht aufweisen und die sich hinsichtlich des Leitungstyps (n- oder p-Dotierung) unterscheiden. In eine zur Vertikalrichtung senkrechten Longitudinalrichtung bilden eine Siegelfacette und eine Austrittsfacette einen optischen Resonator, der die aktive Zone aufnimmt . Die Führung des opti- schen Felds innerhalb der Wellenleiterschichten erfolgt entwe- der gewinngeführt oder indexgeführt . Erfindungsgemäß wird für den Betrieb mit einer hohen Ausgangs- leistung und der damit verbundenen inhomogenen Erwärmung der Wellenleiterschichten aufgrund nichtstrahlender Rekombinations- prozesse in der aktiven Zone ein Wärmespannungselement in we- nigstens mittelbarem Kontakt zum Halbleiterschichtstapel ange- ordnet, das eine thermisch induzierte mechanische Spannung in wenigstens einer Wellenleiterschicht bewirkt. Dabei wird unter einem Wärmespannungselement eine Komponente verstanden, die eine temperaturabhängige mechanische Spannung aufgrund eines zu den unmittelbar anschließenden Schichten unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizient a _th erzeugt. Ferner wird das Wärmespannungselement im Hinblick auf die Anordnung, Dimensio- nierung und Materialauswahl so ausgebildet, das die Ausbildung einer thermischen Linse im Wellenleiter wenigstens teilweise kompensiert wird.

Gegenüber epitaktisch verspannten strukturierten Schichten, die der Ausbildung einer stationären thermischen Linse entgegenwir- ken können, ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung mit einem Wärmespannungselement eine Anpassung an unterschiedliche Be- triebszustände und damit einen modulierten Laserbetrieb. Mecha- nische Spannungen, die den Brechungsindexverlauf im Wellenlei- ter lokal verändern, entstehen erfindungsgemäß in Abhängigkeit der tatsächlich vorliegenden Temperaturverteilung und können zur Kompensation zeitlich variierender thermisch induzierter Berechungsindexvariationen eingesetzt werden.

Die von einem Wärmespannungselement erzeugte mechanische Span- nung hängt zum einen von der Temperatur und zum anderen von der Differenz des thermischen Ausdehnungskoeffizients a _th der vor- liegenden Materialpaarung ab. Gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung ist der thermische Ausdehnungskoeffizient a _th des Wär- mespannungselements größer als jener des Umgebungsmaterials. Ein solchermaßen ausgeführtes Wärmespannungselement kann über der aktiven Schicht und zentriert zur aktiven Zone, insbesondere in einer Kontaktschicht oder den daran angrenzenden Bereichen einer Elektrodenschicht, eingesetzt werden. Dabei resultiert eine temperaturabhängige Gitteraufweitung im Wellenleiter.

Für eine zweite bevorzugte Ausführung der Erfindung, für die der thermische Ausdehnungskoeffizient a _th des Wärmespannungs- elements kleiner als jener des Umgebungsmaterials ist, wird das Wärmespannungselement mit einem lateralen Versatz zur aktiven Zone angeordnet, da die thermisch induzierte mechanische Span- nung der Materialpaarung zu einer Verringerung der Gitterkon- stante im unter Spannung gesetzten Bereich des Wellenleiters führt. Damit kann eine Kompensation der Wirkung der thermischen Linse im Bereich der größten Temperaturgradienten bewirkt wer- den. Entsprechend wird für diese Materialpaarung das Wärmespan- nungselement in der Passivierungsschicht oder seitlich zum Halb- leiterschichtstapel ausgebildet. Alternativ wird das Wärmespan- nungselement durch die Passivierungsschicht selbst gebildet.

Werden für den Halbleiterschichtstapel III-V-Verbindungshalb- leiter, wie beispielsweise Al _x Ga _1-x As/GaAs , InGaP, InGaAsP, InGaAlP oder II-VI-Verbindungshalbleiter, wie Zinksulfid, Cad- miumtellurid, in Kombination mit einer Siliziumoxid- oder si- liziumnitridbasierten Passivierung verwendet, ist bevorzugt für das Wärmespannungselement ein Material zu verwenden, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizient a _th aufweist, der in einem Temperaturbereich von 20°C bis 300°C kleiner als 0, 5*10 ^-6 K ^-1 und besonders bevorzugt kleiner als 0,25*10 ^-6 K ^-1 ist. Insbesondere vorteilhaft ist ein Material mit einem negativen thermischen Ausdehnungskoeffizient a _th · Falls Materialien mit einem nicht isotropen thermischen Ausdehnungskoeffizient a _th verwendet wer- den, ist ein räumlich gemittelter Wert für die voranstehend genannten bevorzugten Maximalwerte anzusetzen. Eine bevorzugte Klasse von Materialien für das Wärmespannungs- element mit einem negativen thermischen Ausdehnungskoeffizient a _th stellen oxidische Verbindungen aus Zirkon und Wolfram dar. Besonders bevorzugt wird ZrW ₂ O ₈ , das einen thermischen Ausdeh- nungskoeffizient von a _th = ^_ 8,7 x 10 ^-6 K ^-1 in einem Temperaturin- tervall von -273°C bis 770°C aufweist. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen kantenemittierenden Laserdiode kann das Wär- mespannungselement als amorphes Dünnschichtelement aus den Aus- gangsmaterialien WO ₃ und ZrO ₂ durch Sputtern oder durch Be- schichtung mit gepulster Laserstrahlung, gefolgt von Temper- und Strukturierungsschritten angelegt werden. Dabei wird mit der Temperaturbehandlung beim Tempern Einfluss auf die Stöchi- ometrie und die Kristallphasen genommen, um den thermischen Ausdehnungskoeffizient a _th des Wärmespannungselements an die vorliegende Schichtpaarung anzupassen.

Ein weiteres bevorzugtes Material für das Wärmespannungselement enthält Aluminiumtitanat und/oder Zirkoniumtitanat . Besonders vorteilhaft ist das daraus resultierende pseudo-ternäre System Al ₂ O ₃ -ZrO ₂ -TiO ₂ , dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient durch die Gewichtung der Hauptkomponenten eingestellt werden kann. Mit 100 Mol-% Aluminiumtitanat (Al ₂ TiO ₃ ) resultiert ein thermi- scher Ausdehnungskoeffizient von a _th = -3,5 x 10 ^-6 K ^-1 ,

während 40 Mol-% TiO ₂ , 40 Mol-%ZrO ₂ und 20 Mol-% AI ₂ O ₃ einen thermischen Ausdehnungskoeffizient von a _th = 0,5 x 10 ^-6 K ^-1 ergibt. Damit kann bei der Herstellung der erfindungsgemäßen kantenemittierenden Laserdiode der thermische Ausdehnungskoef- fizient a _th des Wärmespannungselements bevorzugt mit a _th < 0,5 x 10 ^-6 K ^-1 und besonders bevorzugt mit a _th < 0,25 x 10 ^-6 K- ¹ und insbesondere mit einem negativen Wert eingestellt werden. Weitere bevorzugte Materialien mit einem negativen thermischen Ausdehnungskoeffizient a _th zur Herstellung des Wärmespannungs- elements stellen ZrMo , NiSi, I ₂ Mo ₃ , (HfMg) (WO ₄ ) ₃ und Gra- phene-Oxid dar.

Für eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist die kanten- emittierende Laserdiode eine Breitstreifenlaserdiode, die ins- besondere für Anwendungen mit hoher Ausgangsleistung geeignet ist. Diese weist einen optischen Resonator mit einer Spiegel- facette und einer Austrittsfacette auf, die in eine Longitudi- nalrichtung voneinander einen weiten Abstand von mehreren Mil- limetern aufweisen, wobei die Longitudinalrichtung mit der Ver- tikalrichtung und der Lateralrichtung ein orthogonales Dreibein bilden. Für eine Weitergestaltung der Erfindung wird das Wär- mespannungselement an eine in Richtung der Austrittsfacette zu- nehmende Temperatur angepasst. Bevorzugt wird zu diesem Zweck das Wärmespannungselement so strukturiert, dass dessen Ausdeh- nung in Vertikalrichtung und/oder in Lateralrichtung im Verlauf seiner Longitudinalerstreckung zur Austrittfacette hin zunimmt.

Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen kantenemittieren- den Laserdiode mit Gewinnführung wird das Wärmespannungselement so ausgebildet, dass eine Kompensation einer thermischen Linse so weit gelingt, dass über den gesamten Betriebsbereich die Gewinnführung als dominanter Effekt auf das optische Feld in Lateralrichtung aufrecht erhalten wird. Liegt eine erfindungs- gemäße kantenemittierende Laserdiode mit Indexführung vor, wird das Wärmespannungselement so eingestellt, dass ein Wechsel zu einem thermisch induzierten Wellenleiter auch für die höchster Dauerbetriebsleistung ausgeschlossen ist.

Des Weiteren kann das erfindungsgemäß vorgesehene Wärmespan- nungselement mit weiteren gegen das Auftreten einer thermischen Linse wirkenden Maßnahmen, wie einer Mikrokühlungseinrichtung oder epitaktisch vorgespannten Komponenten im Halbleiter- schichtstapel, kombiniert werden.

Nachfolgend sind beispielhafte Ausgestaltungsvarianten der Er- findung im Zusammenhang mit Figurendarstellungen erläutert. Diese zeigen, jeweils schematisch, Folgendes:

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße kantenemittierende Laserdi- ode in Querschnittsansicht. Fig . 2 zeigt eine teilweise Kompensation des Brechungsin- dexverlaufs beim Laserbetrieb durch eine temperaturab- hängige mechanischen Spannung im Wellenleiter.

Fig. 3 zeigt den Schnitt A-A für die erfindungsgemäße kanten- emittierende Laserdiode aus Fig. 1.

Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsge- mäßen kantenemittierenden Laserdiode in Querschnittsan- sicht .

Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsge- mäßen kantenemittierenden Laserdiode in Querschnittsan- sicht . Figur 1 stellt eine erfindungsgemäße kantenemittierende Laser- diode mit Gewinnführung in schematisch vereinfachter und nicht maßstäblicher Querschnittsansicht dar. Gezeigt ist ein Trä- gersubstrat 1, auf dem eine Zwischenschicht 2 angelegt ist. Auf der Zwischenschicht 2 ist ein epitaktisch hergestellter Halb- leiterschichtstapel 3 aufgebaut, dessen Wachstumsrichtung 4 die Vertikalrichtung 6 definiert. Der Halbleiterschichtstapel 3 um- fasst eine aktive Schicht 8, in der sich beim Laserbetrieb die aktive Zone 9 ausbildet. Bezogen auf die Vertikalrichtung 5 ist unterhalb der aktiven Schicht 8 eine n-dotierte Wellenleiter- schicht 10 angeordnet und oberhalb liegt eine p-dotierte Wel- lenleiterschicht 11, über der eine Kontaktschicht 12 angelegt ist. Verzichtet wird auf die Darstellung weiterer Funktions- schichten, beispielsweise wie Mantelschichten. Zur Herstellung des p-Kontakts 15 dient eine metallische Elektrodenschicht 16 und der n-Kontakt 17 ist auf der Unterseite des Trägersubstrats 1 angeordnet .

Erfindungsgemäß schließt zu beiden Seiten seitlich an die Kon- taktschicht 12, d.h. in der zur Vertikalrichtung 5 senkrechten Lateralrichtung 6, ein Wärmespannungselement 13.1, 13.2 an, das von einer Passivierungsschicht 14 überdeckt ist. Die Tempera- turerhöhung beim Laserbetrieb führt zu einer temperaturabhän- gigen mechanischen Spannung im Wellenleiter 10, 11, wenn sich der thermischen Ausdehnungskoeffizient a _th des Wärmespannungs- elements 13.1, 13.2 von jenem der anschließenden Schichten un- terscheidet. Für die dargestellte Ausführung ist demnach der thermische Ausdehnungskoeffizient a _th der Kontaktschicht 12, der Wellenleiterschicht 11 und der Passivierung 14 beachtlich. Wird für den Halbleiterschichtstapel 3 beispielsweise Al _x Ga _1-x As/GaAs verwendet, sind der thermische Ausdehnungskoeffizient von GaAs mit a _th ^GaAs = 6*10 ^-6 K ^-1 (bei 20°C) und der vom Aluminiumgehalt ab- hängige thermische Ausdehnungskoeffizient von Al _x Ga _1-x As mit a _th ^AlxGa1-xAs = ( 1, 76-6) *10 ^-6 K ^-1 (bei 20°C) im Wellenleiter 10, 11 her- anzuziehen. Des Weiteren ist der thermische Ausdehnungskoef- fizient der Passivierungsschicht 14, beispielsweise für SiN mit a _th ^SiN = 4*10 ^-6 K ^-1 (bei 20°C) oder für SiO ₂ mit a _th ^SiO2 = 0,5*10 ^-6 K ^-1 (bei 20°C) relevant.

Zusätzlich zur Auswahl der Materialpaarung ist für die Funktion des Wärmespannungselements 13.1, 13.2 dessen Dimensionierung und Anordnung im Halbleiterschichtstapel 3 zu beachten. Erfin- dungsgemäß ist das Wärmespannungselement 13.1, 13.2 zur Erzeu- gung einer thermisch induzierten mechanischen Spannung in der Wellenleiterschicht 10, 11, die der Ausbildung einer thermischen Linse entgegenwirkt, ausgebildet. Für die in Figur 1 darge- stellte Ausführung ist die Anordnung der Wärmespannungselemente

13.1, 13.2 über der aktiven Schicht und für die Lateralrichtung außermittig aber symmetrisch gewählt, wobei eine Projektion in Vertikalrichtung 5 den Randbereich der aktiven Zone 9 trifft. Damit wird erreicht, dass die thermisch induzierte mechanische Spannung im Wellenleiter 10 in jenem Bereich wirkt (in Figur 1 durch Pfeile veranschaulicht), für den der größte Gradient des inhomogenen Temperaturprofils beim Laserbetrieb entsteht. Wird der thermische Ausdehnungskoeffizient des Wärmespannungsele- ments 13.1, 13.2 ausreichend kleiner als jener des Umgebungs- materials gewählt und ist die Materialstärke der Wärmespan- nungselemente 13.1, 13.2 hinreichend groß dimensioniert, ent- steht eine gitteraufweitende temperaturabhängige mechanische Spannung im Wellenleiter 10. Wie in Figur 2 dargestellt, resul- tiert damit ein Brechungsindexverlauf beim Laserbetrieb, der die für die Führung der Lateralmoden relevante Flankensteilheit verändert . Strichpunktiert skizziert zeigt Figur 2 den Realteil des Bre- chungsindex n im Laserbetrieb in Abhängigkeit der Lateralposi- tion 1 für eine Anordnung ohne die Wärmespannungselemente 13.1,

13.2. Ersichtlich ist die Ausbildung einer thermischen Linse, zwischen den Bereichen der größten Brechungsindexgradienten, die im Bereich der nicht gezeigten höchsten Temperaturgradien- ten liegen. Mit der gestrichelten Kurve in Figur 2 wird der Brechungsindexverlauf der erfindungsgemäßen Anordnung mit den Wärmespannungselementen 13.1, 13.2 gezeigt, wobei durch eine

Glättung des Brechungsindexverlaufs die Gewinnführung aufrecht- erhalten werden kann.

Für die in Figur 1 gezeigte Anordnung des Wärmespannungselements 13.1, 13.2 wird insbesondere zur Kombination mit einer silizi- umoxidbasierten Passivierungsschicht 14 ein Material für das Wärmespannungselement 13.1, 13.2 verwendet, das einen thermi- schen Ausdehnungskoeffizient a _th aufweist, der in einem Tempera- turbereich von 20°C bis 300°C kleiner als 0, 5*10 ^-6 K ^-1 und beson- ders bevorzugt kleiner als 0,25*10 ^-6 K ^-1 ist. Besonders vorteil- hafte Materialien mit einem negativen thermischen Ausdehnungs- koeffizient a _th stellen oxidische Verbindungen aus Zirkon und Wolfram, insbesondere ZrW ₂ O ₈ , Aluminiumtitanat und/oder Zirko- niumtitanat enthaltende Materialien, ZrMo , NiSi, I ₂ Mo ₃ , (HfMg) (WO ) ₃ oder Graphene-Oxid dar.

Figur 3 zeigt den Schnitt A-A aus Figur 1. Ersichtlich sind die Kontaktschicht 12 und die Elektrodenschicht 15. Aufgenommen in die Passivierungsschicht 14 sind die Wärmespannungselemente 13.1, 13.2, die eine keilförmige Strukturierung aufweisen. Durch diese Form wird eine Anpassung an den Temperaturverlauf in Lon- gitudinalrichtung 7 vorgenommen, wobei die Temperatur von der Spiegelfacette 17 in Richtung der Austrittsfacette 18 zunimmt. Entsprechend ist die Strukturierung so ausgeführt, dass die Lateralerstreckung der Wärmespannungselemente 13.1, 13.2 zur Austrittsfacette 18 hin größer wird. Ferner ist ersichtlich, dass die Longitudinalerstreckung der Wärmespannungselemente 13.1, 13.2 kleiner als die Resonatorlänge gewählt ist, um die unmittelbar an die Spiegelfacette 17 und die Austrittsfacette 18 grenzenden Bereiche des Halbleiterschichtstapels 3 möglichst frei von mechanischen Verspannungen zu halten.

Figuren 4 und 5 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der Erfin- dung, wobei für die mit dem ersten Ausführungsbeispiel überein- stimmenden Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet werden .

Die in Figur 4 skizzierte Ausgestaltung verwendet die gesamte Passivierungsschicht 14 als Wärmespannungselement 13.3, 13.4. Figur 5 betrifft eine Ausführung mit einer indexgeführten kan- tenemittierenden Laserdiode, wobei an den Wellenleiter 11 la- teral Indexführungsschichten 20.1 und 20.2 anschließen, die ei- nen gegenüber dem Wellenleiter 11 niedrigeren Brechungsindex aufweisen. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Wärmespannungsele- mente 13.5, 13.6 sind in die Indexführungsschichten 20.1 und 20.2 aufgenommen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nach- folgenden Ansprüchen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Trägersubstrat

2 Zwischenschicht

3 Halbleiterschichtstapel

4 Wachstumsrichtung

5 Vertikalrichtung

6 Lateralrichtung

7 Longitudinalrichtung

8 aktive Schicht

9 aktive Zone

10 Wellenleiterschicht

11 Wellenleiterschicht

12 Kontaktschicht

13.1 - 13.6 Wärmespannungselement

14 Passivierungsschicht

15 p-Kontakt

16 Elektrodenschicht

16 n-Kontakt

17 Spiegelfacette

18 Austrittsfacette

20.1 Indexführungsschicht

20.2 Indexführungsschicht